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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Analoge Thermometer auf Logikchips. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren Die im Artikel beschriebenen Thermometer sind auf ungewöhnliche Weise aufgebaut: Beim ersten ist das temperaturempfindliche Element (Thermistor) im Integrierkreis enthalten, beim zweiten im Differenzierkreis. Die Änderung der Zeitkonstanten dieser Schaltkreise unter dem Einfluss der Umgebungstemperatur im Thermistor wird in eine Änderung des Tastverhältnisses von Rechteckimpulsen umgewandelt, was zu einer Änderung der effektiven Spannung am Ausgang des Geräts führt, die aufgezeichnet wird durch ein Mikroamperemeter. Die Geräte basieren auf weit verbreiteten digitalen Mikroschaltungen und können sogar von unerfahrenen Funkamateuren nachgebaut werden. Das temperaturempfindliche Element in analogen Thermometern ist meist in der Messbrücke enthalten. Ein solcher Temperatursensor hat einen erheblichen Nachteil, der mit der Notwendigkeit zusammenhängt, den Strom durch die Brücke auf Werte zu begrenzen, die eine Selbsterwärmung der Widerstände verhindern, aus denen sie besteht. Darüber hinaus werden häufig recht hohe Anforderungen an die Stabilität der der Messbrücke zugeführten Spannung gestellt. Um das von der Brücke empfangene Signal zu verstärken und die ihr zugeführte Spannung zu stabilisieren, verwenden viele analoge Thermometer Operationsverstärker. Dies erschwert die Konstruktion und Installation solcher Geräte. Das vorgeschlagene Pulsthermometer weist diese Nachteile nicht auf. Es enthält einen Rechteckimpulsgenerator, eine Integrierschaltung mit einem temperaturempfindlichen Element, einen Impulsformer und eine Messuhr, die eine effektive Spannung registriert, die proportional zum Tastverhältnis der Impulse ist. Für ein solches Gerät sind digitale CMOS-Mikroschaltungen am besten geeignet: Ihre Spannung auf niedrigem Pegel unterscheidet sich praktisch nicht von 0 und ihre Spannung auf hohem Pegel unterscheidet sich nicht von der Versorgungsspannung. Das schematische Diagramm des Thermometers ist in Abb. 1 dargestellt. eines.
Auf den Elementen DD1.1, DD1.2 ist ein Rechteckimpulsgenerator mit einer Folgefrequenz von ca. 60 kHz und einem Tastverhältnis von 2 aufgebaut. Vom Generator werden Schwingungen dem Integrierkreis RK1R2C2 zugeführt. Abhängig vom Widerstand des Thermistors (im Folgenden als Thermistor bezeichnet) RK1 ändert sich die Zeitkonstante der Integrierschaltung und dementsprechend die Dauer der am Eingang des Treibers ankommenden Impulse, die an den Elementen DD1.3 und DD1.4 erzeugt werden .1.4. Die Dauer der Impulse am Ausgang des Elements DD1 ist proportional zur Temperatur und bestimmt die vom PA1-Gerät aufgezeichnete effektive Spannung. Mit dem eingestellten Widerstand R2 wird der „Nullpunkt“ eingestellt, mit R5 wird die Empfindlichkeit eingestellt (bei minimalem Widerstand ist sie maximal). Bei einer Thermistorleistung von maximal 20 kOhm ist die Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur im Bereich von -50 bis +1 °C nahezu linear. Der Messfehler überschreitet nicht ±XNUMX °C. Die Stabilität der Versorgungsspannung (und damit der Impulsamplitude) wird durch einen parametrischen Stabilisator an den Elementen VD1 und R3 gewährleistet. Der vom Thermometer aufgenommene Strom überschreitet nicht 7 mA. Alle Teile außer dem Thermistor RK1 und dem Mikroamperemeter PA1 sind auf einer Leiterplatte gemäß Abb. platziert. 2.
Die Platine ist für die Verwendung von permanenten MLT-Widerständen, Drahttrimmwiderständen SP5-3 und Kondensatoren KM-6 (C1 und C2 – vorzugsweise Gruppe M47 oder M75) ausgelegt. Thermistor RK1 - KMT17 mit negativem TKS. Mikroamperemeter RA1 - M4387 oder ein anderes mit einem Vollnadelauslenkungsstrom von bis zu 1 mA und einem Innenwiderstand von mindestens 500 Ohm. Beim Einrichten wird der Thermistor in ein Bad mit schmelzendem Eis gelegt und der Abstimmwiderstand R1 mit dem Zeiger des PA1-Geräts auf die Nullmarke der Skala eingestellt. Anschließend wird der Sensor in auf +50 °C erhitztes Wasser überführt und mit dem Abstimmwiderstand R2 die Nadel bis zur letzten Markierung ausgelenkt. Um die Temperatur in einem größeren Bereich, beispielsweise von -60 bis +150 °C, zu messen, sollte ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 3R oder 1/3R parallel zum Thermistor mit dem Widerstand R bzw. in Reihe mit diesem geschaltet werden. Natürlich nimmt die Empfindlichkeit des Gerätes nach einer solchen Modifikation ab und der Messfehler kann auf ±3...5 °C ansteigen. Wenn eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, sollte der angegebene Bereich der gemessenen Temperaturen in zwei oder drei Teilbereiche unterteilt und der Thermistor in jedem Teilbereich linearisiert werden. In diesem Fall kann der Messfehler auf ±1 ... 1,5 °C reduziert werden. Bei TTL- und TTLSh-Mikroschaltungen weichen die logischen Pegel im Vergleich zu Mikroschaltungen der CMOS-Serie erheblich von den Idealwerten ab. Darüber hinaus weisen die Grundelemente der Mikroschaltungen dieser Serien sehr hohe Eingangsströme auf. Daher sollte ein Thermometer auf solchen Mikroschaltungen gemäß dem in Abb. gezeigten Diagramm zusammengebaut werden. 3.
Den Eingängen der Pufferelemente DD60 und DD1.1 werden vom Generator an den Elementen DD1.2, DD1.3 erzeugte Rechteckschwingungen mit einer Folgefrequenz von 1.4 kHz zugeführt. Sie eliminieren die gegenseitige Beeinflussung der Differenzierkreise C2R3RK1 und C3R4 und reduzieren die Belastung des Generators, was sich positiv auf die Stabilität seiner Frequenz auswirkt. Element DD1.6 bildet eine Sequenz, in der die Dauer der Impulse durch die „Modell“-Differenzschaltung R4C3 bestimmt wird, und DD1.5 – eine Sequenz, in der sie vom Widerstand des Thermistors RK1 abhängt, der in die Messung einbezogen wird Differenzierschaltung RK1R3C2. Dadurch fließt durch das PA1-Gerät ein pulsierender Strom, dessen Effektivwert proportional zur Umgebungstemperatur ist. Mit den im Diagramm angegebenen Nennwerten der Elemente der Differenzierschaltungen können die Dioden VD1, VD2 ausgeschlossen werden. Wenn jedoch Widerstände mit niedrigeren Werten und Kondensatoren C1 – C3 mit höherer Kapazität verwendet werden, sind diese Dioden erforderlich, um die Wechselrichter DD1.5, DD1.6 vor Durchschlag zu schützen. Das Thermometer verwendet die gleichen Teiletypen wie das vorherige. Anstelle von K555LN1 dürfen die Mikroschaltungen K155LN1, K155LNZ, K155LN5, K1533LN6 verwendet werden. Die KD521A-Diode kann durch eine andere Diode dieser Serie sowie der KD522-Serie ersetzt werden. Alle Teile außer dem Thermistor RK1 und dem Mikroamperemeter PA1 sind auf einer Leiterplatte untergebracht (Abb. 4). Beim Einstellen des Thermometers kommt es darauf an, den Widerstand R3 auf die maximale Temperatur und den Widerstand R4 auf Null zu stellen. Im Temperaturbereich von -20 bis +50 °C beträgt der Messfehler maximal ±1 °C.
Dieses Thermometer kann die Körpertemperatur messen. Das Gerät muss zunächst im Bereich +36 kalibriert werden. ..+40°С. Dazu legen Sie den Thermistor in eine auf +36 °C erhitzte Vaseline und stellen mit dem Trimmwiderstand R4 den Zeiger des Mikroamperemeters auf der Skala auf Null. Erhöhen Sie dann die Öltemperatur auf +40 °C und stellen Sie den Pfeil mit dem Widerstand R3 auf die letzte Skalenteilung ein. Für eine bessere Reproduzierbarkeit der Messergebnisse müssen diese Vorgänge zwei- bis dreimal wiederholt werden. (Bei der Kalibrierung dieses Gerätes sollten Sie Vaseline und kein Wasser verwenden, da aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit wässriger Lösungen die Messergebnisse erheblich verfälscht werden.) Nach der Kalibrierung wird der Thermistor in ein Glasrohr gegeben, einseitig verschlossen und mit Epoxidharz gefüllt. Dieses Design des Sensors eliminiert den Fehler bei der Temperaturmessung, der durch den elektrischen Kontakt des Thermistors mit der Haut des Patienten verursacht wird. Im Temperaturbereich von +36 bis +40 °C ist die Temperaturabhängigkeit des Thermistorwiderstands nahezu linear. Bei Verwendung thermostabiler Kondensatoren (z. B. Glimmer oder Fluorkunststoff) als C1-C3 wird der Messfehler in diesem Bereich ±0,1 °C nicht überschreiten. Autor: I. Tsaplin, Krasnodar
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